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鋰電池為何不能取代鉛酸電池

2019/6/3 9:28:55??????點擊:

需求

  目前鋰離子電(dian)(dian)池主(zhu)要應用在(zai)手機、平板電(dian)(dian)腦(nao)等3C類電(dian)(dian)子產品領域,在(zai)已經商(shang)業(ye)化的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池中(zhong)具備最高的(de)(de)(de)能(neng)量密度,但(dan)是仍然不能(neng)滿足人(ren)們(men)的(de)(de)(de)需求,為什么?歸結起來一句話,有(you)(you)限的(de)(de)(de)空(kong)間內塞不進去更大的(de)(de)(de)電(dian)(dian)芯(xin)。人(ren)們(men)對3C產品的(de)(de)(de)體(ti)積、重量有(you)(you)著(zhu)嚴格的(de)(de)(de)要求,所以(yi)能(neng)夠(gou)提供給電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)空(kong)間有(you)(you)限。

  性能

  盡管大家(jia)都公認鋰離子電(dian)池有一統江(jiang)湖的趨勢,但是至少在兩(liang)(liang)個方(fang)面他是弱于鉛酸(suan)電(dian)池的,而這兩(liang)(liang)點在汽車啟動電(dian)源上更是招招致命:低溫性(xing)能和大電(dian)流性(xing)能。


  首先說低(di)溫性(xing)能(neng)(neng),鉛酸電(dian)池在低(di)溫下(xia)(xia)的放(fang)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)其(qi)實還(huan)是很不(bu)錯的,在-10℃的溫度下(xia)(xia)以10C倍率放(fang)電(dian)時(shi)(shi),10V以上的電(dian)壓保(bao)持時(shi)(shi)間能(neng)(neng)夠大于90s,這(zhe)足以應(ying)付中(zhong)國絕(jue)大多數地區的惡劣環境;而鋰離子(zi)電(dian)池的低(di)溫性(xing)能(neng)(neng)要(yao)差上許多,尤其(qi)是呼聲最高的LiFePO4(磷酸鐵鋰)材料,其(qi)低(di)溫下(xia)(xia)的放(fang)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)將會急劇衰減(jian),在東北和西北地區很難實現實際應(ying)用(yong)(yong),或者說距離實際應(ying)用(yong)(yong)還(huan)有很遠的路要(yao)走。

  安全性

  啟動(dong)電源(yuan)使用在汽車(che)上(shang)大都(dou)是固(gu)定在發動(dong)機艙的(de)(de)位置,且具有較高的(de)(de)密閉性(xing),因此安全性(xing)對(dui)汽車(che)來(lai)說至關重(zhong)要,幾百安的(de)(de)電流(liu)瞬間釋放出來(lai)所帶來(lai)的(de)(de)熱量和潛(qian)在危險不言而(er)喻。

        鉛(qian)酸電池(chi)的(de)(de)安(an)全(quan)性在目前(qian)的(de)(de)電池(chi)系(xi)統(tong)里屬(shu)于極高的(de)(de)等級(ji),首先,大電流性能(neng)(neng)優異意味著電池(chi)不容易發生意外(wai)(wai);其次,即便發生意外(wai)(wai),正負極材料都是鉛(qian)的(de)(de)化合物,而電解液還是硫酸溶液,三(san)者(zhe)都不易燃,只(zhi)能(neng)(neng)是導致周圍(wei)的(de)(de)零(ling)部件(jian)燃燒。

  鋰(li)離子電(dian)(dian)池(chi)(chi)的負(fu)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)(liao)是石墨,碳材(cai)料(liao)(liao)的一(yi)(yi)(yi)種,易燃性(xing)就不(bu)(bu)(bu)需要多(duo)說(shuo)了。電(dian)(dian)解液是酯類溶劑(ji)和鋰(li)鹽,酯類溶劑(ji)不(bu)(bu)(bu)僅易燃而(er)(er)且還有(you)極(ji)(ji)強的揮發性(xing),一(yi)(yi)(yi)旦大量(liang)放熱或者在(zai)汽車碰撞(zhuang)時容易發生(sheng)燃燒甚(shen)至爆炸,將事(shi)故(gu)推高一(yi)(yi)(yi)個(ge)等級,后果不(bu)(bu)(bu)堪設想。同時,還有(you)一(yi)(yi)(yi)個(ge)重要的因素不(bu)(bu)(bu)可(ke)忽(hu)略(lve),鋰(li)離子電(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)大電(dian)(dian)流放電(dian)(dian)時容易在(zai)負(fu)極(ji)(ji)形成鋰(li)枝晶,刺穿隔膜(mo)導致電(dian)(dian)池(chi)(chi)內部短路進(jin)而(er)(er)爆炸,這在(zai)鋰(li)電(dian)(dian)界是一(yi)(yi)(yi)個(ge)共(gong)識。

  其實其他的問題還有(you)很多(duo)(duo),比(bi)如電(dian)池長期處于(yu)高荷電(dian)態(SOC)下(xia)帶來的電(dian)極材料穩(wen)定性等也是一個(ge)較大的問題,目前關于(yu)其研究還不多(duo)(duo),許多(duo)(duo)機理還不清楚,等等,鋰(li)離子(zi)電(dian)池的安全性問題太多(duo)(duo)了(le),在這里(li)就不一一說(shuo)明了(le)。

        成本

  在(zai)成本上看,鉛(qian)酸電(dian)池的成本毫無(wu)疑問是(shi)最低的,無(wu)論(lun)是(shi)電(dian)極(ji)材料,電(dian)解液還是(shi)裝配(pei)環(huan)境要求(qiu)等都(dou)遠(yuan)遠(yuan)低于鋰(li)離子(zi)電(dian)池。

  就(jiu)電(dian)極(ji)材(cai)料而言(yan),鋰(li)離子電(dian)池(chi)電(dian)極(ji)材(cai)料大都需(xu)要(yao)復雜的工藝(yi)制備,且要(yao)經過(guo)一個(ge)高溫熱(re)處理(li)過(guo)程(石(shi)墨化溫度大于(yu)2000度,正極(ji)材(cai)料也大都需(xu)要(yao)七八百(bai)度),成本大都在15-20w/噸(dun)以(yi)上,石(shi)墨可能會低(di)(di)一些;鉛(qian)(qian)酸電(dian)池(chi)使用的氧化鉛(qian)(qian)和硫酸鉛(qian)(qian)相對來(lai)說成本會低(di)(di)很多。

  電(dian)解(jie)(jie)液的(de)(de)(de)話鋰離(li)子電(dian)池使用多個酯(zhi)類溶(rong)(rong)劑(ji)價格較高,而且對含(han)水量有嚴格的(de)(de)(de)要求,大都在幾十(shi)個ppm以內,電(dian)解(jie)(jie)質鹽六(liu)氟磷酸(suan)(suan)鋰不(bu)(bu)僅(jin)貴而且還容易分解(jie)(jie),造成危(wei)險,分解(jie)(jie)產物之一就(jiu)是(shi)(shi)恐怖(bu)的(de)(de)(de)HF,百(bai)度一下即(ji)可(ke)知道它的(de)(de)(de)危(wei)害!而鉛酸(suan)(suan)電(dian)池則是(shi)(shi)硫酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)液,這個就(jiu)不(bu)(bu)需要多說(shuo)了吧。

  環境

  目前社會上的呼(hu)聲大(da)都說鉛酸電(dian)池污染環境,鋰離子電(dian)池對(dui)環境友好等,其(qi)實這是(shi)一個很(hen)大(da)的誤(wu)區(qu),之前由于南方(fang)小鉛酸電(dian)池廠太(tai)多不注意環保(bao)而大(da)肆(si)排放,而且加上國(guo)家想要(yao)縮減鉛酸電(dian)池的規模(mo),大(da)力發展新能源,因此(ci)媒體的論調也有(you)較(jiao)強的針對(dui)性,實際并非(fei)如此(ci)。

  目前鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)相對(dui)于鋰(li)離子電(dian)池(chi)而言做得最好的(de)(de)部分就是回收機制(zhi)(zhi)。現在(zai)鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)主要應(ying)用在(zai)電(dian)動自(zi)行車和啟動電(dian)源領域(yu),這兩(liang)個領域(yu)都有很強的(de)(de)針對(dui)性,那就是用戶在(zai)換電(dian)池(chi)時都回到(dao)專門的(de)(de)店里去更換,為(wei)什么?可以把舊電(dian)池(chi)折成錢買新的(de)(de)啊(a)!這些廢舊的(de)(de)電(dian)池(chi)基本(ben)都會再回到(dao)專門的(de)(de)鉛(qian)板回收工廠進行二次處理重新制(zhi)(zhi)備電(dian)極材料(liao)。

  鋰(li)(li)離子電(dian)池(chi)你(ni)見過(guo)有專(zhuan)門的(de)機構回收(shou)再(zai)用來(lai)制備電(dian)極材料嗎?原因如下:第一(yi),鋰(li)(li)離子電(dian)池(chi)應(ying)用領域太廣,這就(jiu)決定了他(ta)的(de)回收(shou)難度;第二,鋰(li)(li)離子電(dian)池(chi)大都是小型的(de),平常大家手(shou)機或者(zhe)mp3等不用了大都是直接扔了或者(zhe)賣(mai)了,這些電(dian)池(chi)最后基本都躺在了垃圾桶里面。

        雖然鋰離子(zi)電池(chi)里面重(zhong)金(jin)屬較少(shao),只有(you)正極材料含有(you)鈷金(jin)屬,但(dan)是(shi)(shi)扛不住全世界(jie)這么大的用戶體量啊,長期來看(kan),這還(huan)是(shi)(shi)個問(wen)題,所以總的來看(kan)鉛(qian)酸電池(chi)只要在制造過程中注意好相關的環保措施是(shi)(shi)沒有(you)問(wen)題的,因為在使用中都是(shi)(shi)密封(feng)免維護的,最終又會有(you)相對應的回收(shou)機制。

  總結

  其(qi)實鉛酸電(dian)池絕對算(suan)是(shi)化(hua)學電(dian)源界的一(yi)(yi)顆常(chang)青樹(shu),誕(dan)生至(zhi)今已經(jing)有(you)一(yi)(yi)百多(duo)年(nian)了,近(jin)年(nian)來(lai)雖(sui)然一(yi)(yi)直(zhi)說要用鋰離子(zi)電(dian)池來(lai)取(qu)(qu)代,但(dan)是(shi)我覺得在一(yi)(yi)些領(ling)域暫時(shi)是(shi)根本(ben)無法取(qu)(qu)代的,至(zhi)少(shao)三五十年(nian)內(nei)是(shi)不可能的。

  大(da)家要(yao)用發展的眼光看問題,鉛酸電池(chi)的研究也(ye)一直在(zai)進步,目前在(zai)汽車啟動電源領(ling)域(yu)依然是無敵的存在(zai),鋰離子電池(chi)還(huan)有很長(chang)的路要(yao)走,還(huan)年輕(qing),希(xi)望日后能有更(geng)高端的電池(chi)出現(xian)并(bing)取代之!

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